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KR101606601B1 - 석탄 가압 가스화 공정과 통합한 변형된 가스 및 스팀 터빈 공정 - Google Patents

석탄 가압 가스화 공정과 통합한 변형된 가스 및 스팀 터빈 공정 Download PDF

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KR101606601B1
KR101606601B1 KR1020107027048A KR20107027048A KR101606601B1 KR 101606601 B1 KR101606601 B1 KR 101606601B1 KR 1020107027048 A KR1020107027048 A KR 1020107027048A KR 20107027048 A KR20107027048 A KR 20107027048A KR 101606601 B1 KR101606601 B1 KR 101606601B1
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South Korea
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Inventor
랄프 아브라함
도메니코 파보네
Original Assignee
티센크루프 인더스트리얼 솔루션스 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은 합성가스를 생산, 처리 및 연소시켜 전력을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 합성가스는 산소-함유 가스에 의해 고체의 탄소-함유 연료로부터 생산되고 슬래그-분리장치와 알칼리 물질 분리장치에 의해 세정처리된다. 이러한 세정처리 후, 생성된 합성가스는 압력에너지를 이용하여 전력을 생산하는 팽창터빈으로 공급된다. 알칼리 물질을 세정처리 및 분리시킴으로써 상기 팽창터빈이 부식과 기계적 충격으로부터 보호된다. 이후, 팽창된 합성가스를 가압하에서 가스터빈, 스팀 발생기와 스팀터빈을 사용하여 전력을 생산하는 복합-사이클 공정을 이용하여 연소시킨다. 이에 따라 본 발명의 효율이 증가된다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법을 수행할 수 있는 장치에 관한 것이다.

Description

석탄 가압 가스화 공정과 통합한 변형된 가스 및 스팀 터빈 공정{MODIFIED GAS AND STEAM TURBINE PROCESS HAVING INTEGRATED COAL GASIFICATION UNDER PRESSURE}
본 발명은 예를 들면 모든 유형의 석탄, 코크스, 석유 코크스, 바이오매스(biomass) 뿐 아니라 유제, 오리멀젼(orimulsion) 등과 같은 탄소-함유 연료로부터 합성가스를 생산하는 방법, 및 이러한 합성가스를 연소시켜 열과 전력을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의하면, 합성가스를 추가로 냉각하지 않아도 세정이 용이할 수 있고, 먼저 합성가스의 열에너지와 및 압력에너지를 이용하여 전력을 생산한 다음 합성가스의 화학에너지는 종래의 복합-사이클 공정(combined-cycle process)을 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 터빈을 추가하되 합성가스를 중간에 연결된 처리장치를 통해 세정하여 부식성 성분에 의한 터빈 손상없이 전력을 용이하게 생산할 수 있다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행할 수 있도록 설치된 장치에 관한 것이다.
탄소-함유 연료로부터 합성가스를 생산할 때, 이 목적에 적절한 반응기에서 연료는 수증기가 일정량 함유되어 있을 수 있는 공기, 산소 또는 산소가 풍부한 공기와 반응하게 된다. 이 공정에서는 합성가스 외에도 일반적으로 에어로졸 또는 소적(droplet)으로 이루어진 무기질 슬래그가 얻어진다. 이들 액체 중 일부는 부분적으로 증발하여 알칼리 증기와 염화수소를 생성한다. 대부분의 경우, 이들 기체는 후속 공정의 장치부에 손상이나 악영향을 주기 때문에 더 이상 이용하기가 매우 곤란하다.
이러한 이유로, 생산된 합성가스 안에 혼입된 이물질 성분을 제거하는 것이 유리하다. DE 1020 07063118 A1은 합성가스를 예냉시키지 않고 슬래그 소적을 그대로 액체 슬래그로서 회수하는 슬래그 분리장치에 보내 게터 세라믹과 접촉시킴으로써 합성가스를 처리하는 방법을 기재하고 있다. 상기 슬래그 분리장치는 사이클론 형태이거나 가스에서 슬래그를 분리하는 불활성 물질이 충전되어 있는 층(packed bed) 형태일 수 있다.
이러한 형태의 처리장치는 합성가스의 냉각 또는 팽창을 수반하지 않아 합성가스의 압력에너지와 열에너지가 팽창터빈을 구동하기 위해 이용될 수 있다. 그런 다음 비로소 생산된 합성가스를 매우 다양한 방법으로 이용할 수 있는 공정으로 보낼 수 있다. 터빈을 추가하면 생산된 합성가스의 압력 및 열에너지를 보다 효율적으로 용이하게 이용할 수 있어 합성가스로부터 전력을 생산하는 공정 효율이 크게 향상된다. 이는 기계에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 일례이다.
생산된 합성가스는 화학제품 제조용으로 자주 이용된다. 그러나 생성된 합성가스를 연소시켜 얻어진 연소가스가 가스터빈을 구동시키는 최초의 가스로 사용될 수도 있다. 이를 통해 연소로부터 얻어지는 압력에너지를 최적으로 이용할 수 있게 된다. 이어서, 터빈에 의해 팽창된 연소가스의 열을 스팀 발생용으로 이용한다. 발생된 스팀은 스팀터빈을 구동시켜 전력을 생산할 수 있다. 연소로부터 얻어진 압력에너지와 발생된 스팀을 동시에 이용하여 스팀 터빈을 구동시키는 공정을 통상적으로 복합-사이클 공정이라 한다.
복합-사이클 공정에서 전력을 생산하기 위해 연소시킬 목적으로 합성가스를 생산하는 공정들이 이미 공지되어 있다. US 6233916 B1은 연료가스의 압력에너지를 이용하여 터빈을 구동시킴으로써 전력을 생산하는 공정을 기재하고 있다. 팽창된 연료가스의 열은 열교환기로 이루어진 시스템에서 이용할 수 있다. 모든 유형의 연료가스를 사용할 수 있다. 예를 들면 천연가스 또는 화학산업체에서 발생되어 연소처리되는 산업가스를 연료가스로 사용할 수 있다. 이 공정에 의하면, 연료가스의 압력에너지와 열에너지를 보다 효율적으로 이용할 수 있다. 이 공정은 후속 단계로서 열과 전력을 생산하는 단계도 포함하고 있다.
이때 사용되는 가스에는 부식성 성분이 없어야 한다. 그러나 많은 전력생산용 산업가스에는 부식성 성분이 함유되어 있다. 특히 석탄 가스화 공정에서 생성되는 합성가스는 여전히 가스화 장치부의 후속공정에서 직접 발생하는 다량의 용융 슬래그를 함유하고 있고 특히 알칼리 증기 또는 할로겐화 수소와 같은 할로겐 화합물을 함유하기도 한다. 이러한 부식성 성분은 연소공정 앞에 설치한 터빈 가동시 문제를 일으킬 것이다. 합성가스 내 부식성 성분은 터빈 블레이드, 터빈축 또는 베어링에 손상을 줄 수 있다. 이러한 이유로 연소공정 앞에 설치한 터빈을 사용할 때에는 정제가스를 사용하여야 한다.
그러나 합성가스의 세정처리에는 많은 노력을 필요로 한다. 합성가스를 세정처리하기 위해서는 합성가스를 냉각한 후 가스 세정기에 통과시켜야 한다. 가스 세정에 의해 처리된 가스를 연소시키기 위해 가능하다면 재가열하여야 한다. 재가열에는 많은 비용이 소요된다. 또한 가스 세정공정은 많은 수의 설비를 필요로 한다.
따라서 본 발명의 목적은 통합된 공정으로 합성가스를 세정처리하기 위한 단순한 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 방법에서 이용되는 전력생산 공정은 연소가스를 2 단계에서 사용하여 전력을 생산하는 복합-사이클 공정인 것이 바람직하다. 상기 2단계에서 사용되는 장치들을 적절히 구성하면 효율이 높아진다. 석탄 가스화 공정을 이용하면 연료를 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 합성가스 생산을 위해 후속 연소공정을 이용하는 경우 더욱 다양한 연료를 사용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 합성가스의 고온처리를 위한 통합 방법을 제공한다. 생산된 합성가스를 슬래그와 알칼리 물질을 분리하는 장치로 보낸다. 모든 형태의 슬래그-분리장치를 사용할 수 있지만, 사이클론-형 장치가 바람직하다. 알칼리 이온 또는 알칼리 물질을 분리하는 장치는 바람직하게는 처리할 가스가 통과하는 조(vessel)에 설치되어 있는 게터 세라믹이다. 알칼리 이온 또는 알칼리 물질을 분리하기 위한 게터 세라믹을 연료에 미리 첨가할 수도 있다. 본 발명은 또한 상기 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다.
본 발명의 방법은 복합-사이클 공정을 이용하여 합성가스로부터 전력을 공급하는데 특히 적합하지만, 합성가스를 연소시켜 스팀을 발생시키고 전력을 회수하기 위한 단순한 목적으로 이용할 수도 있다. 이 경우, 가스터빈이 불필요하게 되므로 투자비용이 절감된다. 그러나 더욱 높은 효율을 달성하기 위해서는 전체 공정에 연소로부터 얻어지는 압력에너지를 이용하는 가스터빈을 구비한다. 이상적인 일실시형태에 의하면, 본 발명의 방법은 연료가스 생산, 연소 및 스팀 발생으로부터 얻어지는 압력에너지를 활용한다. 상기 가스터빈은 압력과 열을 모두 이용하여 전력을 발생시킨다.
본 발명은
ㆍ 반응기에 고체 또는 액체연료를 공급하여 일정량의 수증기가 함유되어 있을 수 있는 공기, 산소 또는 산소가 풍부한 공기와 반응시키고 고온에서 수증기와 반응시켜 주로 수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스를 생성하는 단계;
ㆍ 상기 반응 중에 얻어진 무기질 슬래그 소적을 생성된 상기 합성가스와 함께 반응기로부터 배출시키는 단계;
ㆍ 상기 슬래그 소적이 응집되어 액체 슬래그로서 회수하는 슬래그 분리장치로 상기 합성가스를 예냉하지 않고 보내 그 안에 함유되어 있는 증기상의 알칼리 물질과 염화수소를 게터 세라믹과 접촉시킴으로써 합성가스로부터 제거하는 단계를 포함하고,
ㆍ 상기 세정처리된 합성가스를 합성가스의 압력에너지와 열에너지를 회전에너지로 변환시키는 팽창터빈에 통과시킨 다음,
ㆍ 상기 합성가스를 가스터빈의 후속 단계들 중 하나에서 연소 및 팽창시켜 얻어진 연소가스를 사용하여 터빈을 구동시켜 스팀을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법을 청구하고 있다.
상기 슬래그와 알칼리 물질을 분리하기 위한 단계는 바람직하게는 석탄 가스화 공정의 후속으로 순차 실시된다. 상기 슬래그는 바람직하게는 가스를 원운동시켜 원심력에 의해 대부분의 슬래그를 분리시키는 사이클론-형 장치에서 분리된다. 상기 슬래그를 가스로부터 분리하는 충전층에 연소가스를 통과시키는 것도 생각할 수 있다. 상기 슬래그를 분리할 수 있는 다수의 그리드를 구비한 장치도 생각할 수 있다.
상기 알칼리-분리장치 역시 원하는 다양한 형태를 가질 수 있다. 본 발명의 단순하고 효과적인 일실시형태에 의하면, 상기 알칼리-분리장치는 처리할 가스가 통과하는 게터 세라믹의 충전층이 위치되는 조로 구성할 수 있다. 본 발명의 다른 일실시형태에 의하면, 합성가스 내 함유되어 있는 부식성 알칼리 물질이 여과되도록 원하는 기하학적 형상을 갖는 형태의 게터 세라믹을 사용한다. 본 발명의 다른 일실시형태에 의하면, 상기 게터 세라믹은 합성가스 생산장치에 미립자 형태로 첨가될 수도 있다. 이러한 방법의 알칼리 분리공정에 의해 알칼리 물질이 가스화 챔버에서 여과될 것이다.
이들 단계를 거친 후, 부식성 성분이 상당 정도 감소되었거나 완전하게 제거된 처리가스가 얻어진다. 전형적인 일실시형태에 의하면, 상기 처리된 합성가스 내 알칼리 물질의 함량은 100 ppm 미만으로 감소된다. 이러한 순도의 합성가스를 팽창터빈에 통과시킬 수 있다. 이때 사용되는 팽창터빈은 가스압력을 이용하여 회전에너지를 발생시키는 터빈이다. 원하는 모든 형태의 터빈을 이용할 수 있다. 상기 가스화 장치의 운전압력에 따라 터빈은 예를 들면 고압 또는 저압 터빈으로서 구성될 수 있다. 이러한 방법으로 상기 터빈을 본 발명의 방법에 맞게 적용할 수 있다. 슬래그와 알칼리 물질을 분리함으로써 팽창터빈의 사용수명이 크게 연장된다. 따라서 터빈의 구성비용이 저렴하게 되고 정비 주기가 크게 연장된다.
알칼리 물질이 분리된 가스를 팽창터빈에 통과시켜 팽창시킨 후, 연소장치로 보낸다. 가스 순도에 따라 가스를 가스 세정기에서 더 처리할 필요가 있을 수 있다. 사용 석탄의 황함량이 높고 연소가스로부터 황을 제거해야 하는 경우에 특히 가스 세정이 필요하다. 가스 세정은 통상적인 가스 세정공정, 예를 들면 물리적 용매를 이용하여 수행된다. WO 2005054412 A1은 적절한 일례의 공정을 제공하고 있다. 그러나 가스 세정공정에서 화학적 용매를 이용할 수도 있다. 최종적으로 화학적 고체 흡수제를 이용할 수도 있다. 화학적 고체 흡수제 이용은 폐가스 내 황함량이 매우 낮아야 하는 경우에 특히 적합하다.
터빈의 회전에너지를 이용하여 전력을 발생시킬 수 있다. 그러나 펌프와 압축기와 같은 구동장치를 이용할 수도 있다. 예를 들면 상기 석탄 가스화 또는 연소 공정을 수행하기 위해 압축기를 구동시켜 공기를 압축할 수 있다. 공기 분리장치로부터 공급되는 산소를 사용하여 석탄 가스화 반응기를 작동시키는 경우, 터빈을 이용하여 공기 분리장치를 구동시킬 수도 있을 것이다. 이렇게 함으로써 전력을 부분적으로 생산할 수 있는데, 즉 회전에너지를 분기시킴으로써 전력을 부분적으로 생산할 수 있음은 물론이다.
이후, 세정처리된 후 부분적으로 팽창된 가스를 연소시켜 전력을 생산한다. 본 발명의 바람직한 일실시형태에 의하면, 상기 전력생산 공정은 연소된 가스의 압력에너지와 터빈 구동을 위해 발생시킨 스팀을 모두 이용하는 복합-사이클 공정이다. 가스터빈을 통과한 가스는 보일러를 가열하여 공급수를 증발시킨다. 발생된 스팀은 압축되어 터빈을 구동시킬 수 있다. 터빈(들)을 통과할 때 스팀의 대부분은 팽창된다. 바람직한 일실시형태에 의하면, 팽창 후 스팀이 응축되고 공급수로서 재사용된다. 그러나 스팀 발생을 위해 연소가스를 직접 연소시켜 사용할 수 있다. 이렇게 함으로써 장치비용이 절감될 뿐 아니라 전체 공정 효율도 증가할 것이다.
이때 터빈을 사용하여 전력을 생산할 수도 있다. 그러나 압축기 또는 펌프와 같은 구동 기계장치용 터빈도 사용할 수 있다. 원하는 모든 유형의 합성가스 생산공정을 이용할 수 있다. 모든 고체 및 액체 탄소-함유 연료를 사용할 수 있다. 이들 연료는 예를 들면 모든 유형의 석탄, 석탄 유제, 오리멀젼, 석유 코크스, 생물학적 연료 또는 과립형 플라스틱일 수 있다. 본 발명의 방법은 또한 연료 저장, 분쇄 및 압착과 같은 단계를 포함할 수도 있다. 전형적인 일실시형태에 의하면, 석탄 가스화는 800 내지 1800℃에서 실시한다. 석탄 가스화를 실시하기 위한 전형적인 압력은 0.1 내지 10 MPa이다. 공정 진행 중에 압력은 변할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 방법을 수행할 수 있는 장치를 청구하고 있다. 본 발명의 장치는 발전소에서 흔히 발견되는 바와 같이 몇 개의 장치부로 이루어져 있음은 당연하다. 본 발명은 특히 합성가스의 생산과 연소를 위해 사용되는 장치로서, 고온에서 탄소-함유 연료를 가스화하기에 적합한 석탄 가스화 반응기와, 상기 석탄 가스화 반응기 후방에 설치되어 합성가스 세정을 위해 사용되고 슬래그 분리장치와 알칼리 물질 분리장치로 이루어진 세정처리장치와, 상기 합성가스 세정처리장치 후방에 설치되어 있는 팽창터빈과, 후속 단계 중 하나에서 상기 팽창터빈으로부터 나온 기체가 가스터빈의 연소실로 이송되어 합성가스를 연소하기 위해 설치된 연소장치와, 상기 연소장치 후방에 설치되고 연소가스에 의해 구동되어 전력을 생산하는 가스터빈과, 상기 연소가스가 공급되어 스팀을 발생시키는 스팀발생기와, 상기 발생된 스팀이 보내져 전력을 생산하는 스팀터빈으로 이루어져 있다.
더욱 단순한 일실시형태에 의하면, 상기 가스터빈이 불필요할 수도 있다. 그러나 상기 가스터빈이 없는 경우 전체 시설의 효율은 감소할 것이다. 바람직한 일실시형태에 의하면, 본 발명의 장치는 산업가스를 연소시켜 에너지를 발생시키는 가스터빈을 포함한다. 원하는 모든 형태의 석탄 가스화 반응기가 합성가스를 생산하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시형태에 의하면, 상기 슬래그-분리장치는 사이클론-형 장치로 이루어진다. 상기 사이클론-형 장치는 가스의 원심력을 이용하여 슬래그 소적을 분리한다. 상기 사이클론-형 장치는 배출 노즐과 슬래그 배출장치를 포함한다. 상기 슬래그-분리장치는 슬래그-내성 재료로 이루어진 충전층을 사용할 수도 있다. 슬래그를 배출하기 위해, 상기 충전층에 액체 슬래그 회수장치를 구비하는 것이 유리하다. 상기 충전층은 전형적으로 예를 들면 산화물 또는 비-산화물 세라믹 또는 이들 두 세라믹의 혼합물로 이루어진 과립형 재료로 이루어져 있다.
상기 알칼리 물질 분리장치는 바람직하게는 게터 세라믹을 함유하는 조에 수납된다. 이 게터 세라믹은 전형적으로 이산화규소, 규산염, 알루미늄염 또는 산화알루미늄으로 이루어진다. 이들 물질의 혼합물로 제조되거나 또는 이들 물질의 혼합물로부터 생성되는 화합물로 게터 세라믹을 제조할 수도 있다. 상기 게터 세라믹은 알칼리 물질과 할로겐화물에 대해 양호한 흡수능을 가져야 한다. 알칼리토금속 할로겐화물 또는 할로겐화수소를 흡수할 수도 있어야 유리하다. 자갈층, 그리드, 트레이 형태 또는 원하는 모든 기하학적 형상으로 배열될 수 있다.
원하는 연료가스의 순도에 따라 본 발명의 장치는 공정 흐름상 팽창터빈과 연소장치 사이에 전형적으로 위치해 있는 가스 세정기를 포함할 수도 있다. 본 발명의 장치는 그 목적을 위해 필요한 장치와 장치부를 구비한다. 이러한 장치로서 화학 흡수제 공급장치를 설치할 수도 있다. 예를 들면 석회석, 백운석(dolomite) 또는 알칼리금속을 화학 흡수제로서 사용할 수 있다. 그러나 전이금속-함유 화합물도 사용할 수 있다.
최종적으로 본 발명의 장치는 발전소에서 필요로 하는 모든 설비를 포함할 수 있다. 이러한 설비는 펌프, 밸브, 압축기 또는 진공-생성 시설일 수 있다. 그러나 가열 장치, 냉각장치 또는 열교환기일 수도 있다. 모든 원하는 형태의 터빈들을 공정 중에 사용할 수 있다. 이들 터빈은 구심 또는 축류 터빈일 수 있다. 팽창가스의 압력에 따라 이 터빈들은 그 배치와 블레이드의 간격이 서로 다른 고압 또는 저압 터빈일 수 있다. 담당하는 전문가의 판단에 따라 적절한 터빈을 선택할 수 있다. 그러나 터빈과 압축기를 단열식 배치(single-line arrangement)로 발전기와 연결할 수도 있다. 이러한 구조에 의해 터빈과 발전기를 보다 용이하면서 단순하게 제어할 수 있고 점유공간과 비용을 크게 절감할 수 있다.
상기 스팀-발생장치 또한 필요한 모든 장치를 포함한다. 이러한 장치로는 모든 구성의 스팀 보일러와 증발기일 수 있다. 원심 물 분리기와 과열기(superheater)와 같이 흔히 사용되는 전형적인 설비 제품들이 본 발명에 따른 장치의 일부를 구성할 수 있다. 본 발명의 장치는 또한 구동축과 발전기를 포함한다.
본 발명의 방법에 의하면 매우 높은 효율로 전력을 생산할 수 있다. 본 발명의 방법은 장치-집약적인 연소시설을 필요로 하지 않으면서 석탄 가스화에 의해 공정에 필요한 공간을 쉽게 절감할 수 있다. 필요한 경우, 가스 처리시설과 통합하여 방출되는 폐가스의 양을 매우 낮게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 공정흐름도이다.
본 발명에 따른 방법의 공정흐름을 도면을 참조하여 상세히 설명하지만, 본 발명의 방법이 이 실시형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 방법을 전체적으로 더욱 잘 살펴보기 위해, 공정흐름을 3개의 단위(A, B, C)로 파선 처리하였다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 공정흐름도를 나타낸다. 탄소-함유 연료를 석탄 가스화 반응기(1)로 공급한다. 이 연료를 산소-함유 가스(2)와 필요한 경우 수증기(2)와 혼합 반응시킴으로써 발전기용 가스 또는 합성가스를 생성한다. 필요한 경우, 상기 석탄 가스화 반응기에 압축기(19)로부터 나오는 연소공기(4)를 장입하거나 공기분리장치(2b)로부터 나오는 산소(2a)를 공급할 수 있다. 압축기(19)로부터 나온 공기(4)를 공기 분리장치(2b)에 공급할 수도 있다. 그 결과, 원료 합성가스(5)가 얻어진다. 이 원료 합성가스(5)를 슬래그-분리장치(6)로 공급하여 액화된 슬래그 입자를 제거한다. 그 결과, 슬래그(7)가 분리된다. 액체 슬래그(8)가 제거된 합성가스를 이송하여 게터 세라믹(10)을 구비한 알칼리 물질 분리장치(9)로 공급한다. 이후, 알칼리 물질(11)이 제거되어 세정처리된 합성가스가 팽창터빈(12)을 구동시킨다. 팽창터빈(12)은 발전기(13)에 연결되어 있다. 발전기(13)는 전력을 발생시킨다. 이 전체 장치가 장치부 A(석탄 가스화 및 팽창터빈 장치부)를 형성한다.
팽창된 합성가스(14)를 가스처리장치(15)로 공급한다. 가스처리장치(15)에서는 원하지 않은 이물질 가스가 제거된다. 이후, 상기 합성가스를 연소실(16)에서 연소시킨다. 그 결과, 고온의 폐가스(16a)가 얻어지고 터빈(17)을 통해 흐르게 된다. 상기 터빈은 발전기(18)와 압축기(19)를 구동시킨다. 발전기(18)는 전력을 발생시킨다. 상기 압축기는 연소공정(4a), 공기분리단위(4b) 또는 가스화공정(4c)을 위해 압축공기(4)를 공급한다. 이 전체 장치가 장치부 B(가스 처리 및 연소 장치부)를 형성한다.
상기 가스터빈으로부터 폐가스(20)가 증기발생기(21)로 공급된다. 증기발생기(21)는 스팀(22)을 발생시켜 터빈(23)을 구동시킨다. 발생된 스팀을 응축기(24)로 공급하여 액화시킨 후 공정을 위해 재순환한다. 이 터빈(23) 또한 전력을 공급하는 발전기(25)를 구동시킨다. 상기 스팀 발생기 밖으로 빠져나온 가스(26)는 배출되고 필요한 경우 세정처리장치로 유입된다. 이 전체 장치가 장치부 C(스팀 발생 장치부)를 형성한다.
1 석탄 가스화 반응기 2 공기 또는 산소
2a 산소 기류 2b 공기 분리장치
3 수증기 4 압축공기
4a 연소용 압축공기 4b 공기 분리장치용 압축공기
4c 석탄 가스화 반응기용 압축공기 5 원료 합성가스
6 슬래그-분리장치 7 슬래그 회수
8 슬래그가 제거된 합성가스 9 알칼리 물질 분리장치
10 게터 세라믹 11 세정처리된 합성가스
12 팽창터빈 13 발전기
14 팽창된 합성가스 15 가스처리장치
16 연소실 16a 터빈으로 배기되는 가스
17 가스터빈 18 발전기
19 압축기 19a 압축기로 공급되는 공기
20 팽창된 연소가스 21 스팀 발생기
22 스팀 23 스팀 터빈
24 응축기 25 발전기
26 폐가스/배기 가스

Claims (19)

  1. ㆍ 반응기에 고체 또는 액체연료를 공급하여 일정량의 수증기가 함유되어 있을 수 있는 공기, 산소 또는 산소가 풍부한 공기와 반응시키고 고온에서 수증기와 반응시켜 주로 수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스를 생성하는 단계;
    ㆍ 상기 반응 중에 얻어진 무기질 슬래그 소적을 생성된 상기 합성가스와 함께 반응기로부터 배출시키는 단계;
    ㆍ 상기 슬래그 소적이 응집되어 액체 슬래그로서 회수하는 슬래그 분리장치로 상기 합성가스를 예냉하지 않고 보내 그 안에 함유되어 있는 증기상의 알칼리 물질과 염화수소를 게터 세라믹과 접촉시킴으로써 합성가스로부터 제거하는 단계를 포함하고,
    ㆍ 상기 세정처리된 합성가스를 합성가스의 압력에너지와 열에너지를 회전에너지로 변환시키는 팽창터빈에 통과시킨 다음,
    ㆍ 상기 합성가스를 가스터빈의 후속 단계들 중 하나에서 연소 및 팽창시켜 얻어진 연소가스를 사용하여 터빈을 구동시키고 스팀을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬래그-분리장치는 고온 가스를 원운동시켜 가스 내 함유된 슬래그의 대부분을 원심력에 의해 분리시키는 사이클론형 장치인 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬래그-분리장치가 가스에서 슬래그를 분리하는 충전층을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 충전층 형태로 제공되는 게터 세라믹이 분리장치의 후방에 설치되어 있는 장치에서 합성가스와 접촉하여 이 후방 장치에서 합성가스로부터 알칼리 물질을 제거하는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스가 팽창터빈과 연소장치 사이에서 세정처리되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가스가 가스 세정기에서 물리적 용매에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가스가 화학 흡착제 첨가에 의해 처리되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 팽창터빈이 발전기를 구동시켜 전력을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스터빈이 압축기를 구동시켜 가스화 반응기에 공급되는 공기를 압축시키는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연료로서 석탄, 석탄 유제, 석탄 슬러리, 석유 코크스, 유제, 오리멀젼, 생물학적 연료 또는 과립형 플라스틱이 사용되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스화가 800 내지 1800 ℃의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스화가 0.1 내지 10 MPa의 압력에서 실시되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스는 팽창터빈과 연소장치 사이에 배치된 가스 세정기에서 세정처리되는 것을 특징으로 하는, 가스화 공정에 의해 합성가스를 생산 및 연소시키는 방법.
  14. 합성가스의 생산 및 연소용 장치로서,
    고온에서 탄소-함유 연료를 가스화하기에 적합한 석탄 가스화 반응기와, 상기 석탄 가스화 반응기 후방에 설치되어 합성가스 세정을 위해 사용되고 슬래그 분리장치와 알칼리 물질 분리장치로 이루어진 세정처리장치와, 상기 합성가스 세정처리장치 후방에 설치되어 있는 팽창터빈과, 상기 팽창터빈으로부터 나온 기체가 이송되어 합성가스를 연소시킬 수 있는 연소실과, 상기 팽창터빈 후방에 설치되어 연소가스에 의해 구동되는 가스터빈과, 상기 연소가스가 공급되어 스팀을 발생시키는 스팀발생기와, 상기 발생된 스팀이 보내져 전력을 생산하는 스팀터빈으로 이루어지며,
    상기 알칼리 물질 분리장치는 게터 세라믹을 함유하는 조로 이루어지는, 합성가스의 생산 및 연소용 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 슬래그-분리장치가 사이클론형 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는, 합성가스의 생산 및 연소용 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 슬래그-분리장치가 중성 물질로 제조된 충전층을 포함하고 상기 충전층은 액체 슬래그를 회수하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 합성가스의 생산 및 연소용 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 게터 세라믹이 산화물 또는 비-산화물 세라믹 또는 이들 세라믹의 혼합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 합성가스의 생산 및 연소용 장치.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창터빈과 연소실 사이에 가스 세정기가 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 합성가스의 생산 및 연소용 장치.
  19. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창터빈과 연소실 사이에 화학 흡수제용 공급장치가 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 합성가스의 생산 및 연소용 장치.
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